过程系统寻优新方法――非线性映射主轴分析法
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线性和非线性最优化理论、方法、软件及应用最优化在航空航天、生命科学、水利科学、地球科学、工程技术等自然科学领域和经济金融等社会科学领域有着广泛和重要的应用, 它的研究和发展一直得到广泛的关注. 最优化的研究包含理论、方法和应用.最优化理论主要研究问题解的最优性条件、灵敏度分析、解的存在性和一般复杂性等.而最优化方法研究包括构造新算法、证明解的收敛性、算法的比较和复杂性等.最优化的应用研究则包括算法的实现、算法的程序、软件包及商业化、在实际问题的应用. 这里简介一下线性和非线性最优化理论、方法及应用研究的发展状况.1. 线性最优化线性最优化, 又称线性规划, 是运筹学中应用最广泛的一个分支.这是因为自然科学和社会科学中许多问题都可以近似地化成线性规划问题. 线性规划理论和算法的研究及发展共经历了三个高潮, 每个高潮都引起了社会的极大关注. 线性规划研究的第一高潮是著名的单纯形法的研究. 这一方法是Dantzig在1947年提出的,它以成熟的算法理论和完善的算法及软件统治线性规划达三十多年. 随着60年代发展起来的计算复杂性理论的研究, 单纯形法在七十年代末受到了挑战. 1979年前苏联数学家Khachiyan提出了第一个理论上优于单纯形法的所谓多项式时间算法--椭球法, 曾成为轰动一时的新闻, 并掀起了研究线性规划的第二个高潮. 但遗憾的是广泛的数值试验表明, 椭球算法的计算比单纯形方法差.1984年Karmarkar提出了求解线性规划的另一个多项式时间算法. 这个算法从理论和数值上都优于椭球法,因而引起学术界的极大关注, 并由此掀起了研究线性规划的第三个高潮. 从那以后, 许多学者致力于改进和完善这一算法,得到了许多改进算法.这些算法运用不同的思想方法均获得通过可行区域内部的迭代点列,因此统称为解线性规划问题的内点算法. 目前内点算法正以不可抗拒的趋势将超越和替代单纯形法.线性规划的软件, 特别是由单纯形法所形成的软件比较成熟和完善.这些软件不仅可以解一般线性规划问题, 而且可以解整数线性规划问题、进行灵敏度分析, 同时可以解具有稀疏结构的大规模问题.CPLEX是Bi xby基于单纯形法研制的解线性和整数规划的软件, CPLEX的网址是/. 此外,这个软件也可以用来解凸二次规划问题, 且特别适合解大规模问题. PROC LP是SAS软件公司研制的SAS商业软件中OR模块的一个程序.这个程序是根据两阶段单纯形法研制的,可以用来解线性和整数规划问题并可进行灵敏度分析, 是一个比较完善的程序.用户可以根据需要选择不同的参数来满足不同的要求。
非线性有限元软件MSC.Marc 及其在轴承分析中的应用Ξ张业1,2,任成祖1,2,刘远新1,2(1.天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室,天津 300072;2.天津大学东超纳米复合结构陶瓷联合实验室,天津 300072)摘要:介绍了Marc 软件的特点、非线性分析功能及其在接触问题上的应用,并将其应用于圆柱滚子轴承的接触分析。
关键词:MSC.Marc 软件;接触分析;轴承中图分类号:TP317 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2004)10-0051-031 MARC 软件简介MARC Analysis Research Corporation (简称MARC )始创于1967年,是全球第一家非线性有限元软件公司。
经过三十余年的不懈努力,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。
MARC 公司的主要产品之一是通用的有限元分析软件MARC /MEN TA 。
包括求解器MARC 和前后处理界面MEN TA T 。
图1所示为MEN TA T 与MARC 程序之间的相互关系。
图1 MENTAT 与MARC 及其输入输出文件求解器MARC 是软件的核心,软件强大的非线性有限元分析功能就是由求解器完成的。
MARC 拥有许多对用户开放的子程序,即用户子程序,用户可以根据各自需要编制用户子程序,实现对输入数据的修改、材料本构关系的定义、载荷条件、边界条件、约束条件的变更,甚至扩展MARC 程序的功能。
MEN TA T 是MARC 公司有限元分析软件的图形界面,主要由4部分组成:(1)生成有限元网格;(2)交互式输入边界条件、材料参数、几何参数、初始条件、接触条件、定义载荷工况等;(3)进行有限元数值分析和计算;(4)显示计算结果,进行后处理。
由于其易于操作、方便灵活、直观快捷,使用户有更多的时间去关注问题的本质,而不会陷入繁琐的数据准备之中。
工程力学中的非线性分析方法有哪些?在工程力学领域,非线性问题的研究至关重要。
与线性问题相比,非线性问题更加复杂,需要采用专门的分析方法来准确描述和解决。
下面我们就来探讨一下工程力学中常见的非线性分析方法。
首先要提到的是有限元法。
这是一种非常强大且广泛应用的数值分析方法。
在处理非线性问题时,它能够有效地模拟材料的非线性行为,比如塑性、蠕变等。
通过将复杂的结构离散为有限个单元,并对每个单元进行分析,最终得到整个结构的响应。
对于几何非线性问题,如大变形、大转动等,有限元法能够通过更新坐标和刚度矩阵来准确捕捉结构的变化。
而对于材料非线性,如弹塑性问题,通过定义合适的本构关系,可以精确地模拟材料在不同应力状态下的行为。
再来看看边界元法。
它是另一种有效的数值方法,特别适用于处理无限域或半无限域问题。
在非线性分析中,边界元法可以结合迭代算法来求解非线性边界条件或非线性材料特性。
与有限元法相比,边界元法通常只需要对边界进行离散,从而降低了问题的维数,减少了计算量。
但在处理复杂的非线性问题时,其数学推导和编程实现可能会相对复杂。
还有一种方法是摄动法。
这是一种基于微扰理论的分析方法。
对于弱非线性问题,通过将非线性项视为对线性问题的小扰动,将问题的解表示为一个级数形式。
通过求解这个级数的各项,可以逐步逼近非线性问题的精确解。
摄动法在处理一些简单的非线性问题时非常有效,但对于强非线性问题,其精度可能会受到限制。
接下来是增量法。
在处理非线性问题时,将加载过程或变形过程分成一系列的小增量。
在每个增量步内,将问题近似为线性问题进行求解,然后逐步累加得到最终的结果。
这种方法适用于各种非线性问题,尤其是在考虑加载历史和路径相关性的情况下。
非线性有限差分法也是常用的手段之一。
它直接对控制方程进行离散,通过差分近似来表示导数项。
在处理非线性问题时,可以采用迭代的方式求解离散后的方程组。
这种方法对于简单的几何形状和边界条件的问题较为适用,但对于复杂的结构可能会面临网格划分和精度控制的挑战。
基于Fluent-BP神经网络的液体动静压轴承热特性分析石莹;王学智;刘金营;付吉海;张校通【摘要】针对液体动静压轴承运转发热复杂的问题,应用Fluent软件对液体动静压轴承进行CFD仿真分析,获得不同输入状态下的油膜温度场分布以及轴承运转时的平均温度和最高温度.并在此基础上通过正交试验将Fluent仿真与BP神经网络相结合,实现对任意输入参数下轴承工作温度的预测,并对转速与供油压力以及供油压力与供油温度的综合作用效果进行分析.结果表明,主轴转速对轴承作用的效果比较显著,当轴承在高转速状态下运行时,需要提供高的供油压力来保证轴承的正常运转;当供油压力下降和供油温度上升同时出现时,轴承运转温度骤升,必须谨慎对待.利用BP神经网络的泛化功能,以少量的样本,可得到均匀全面的网络训练样本点,从而能快捷有效地实现对液体动静压轴承的热特性分析.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)001【总页数】6页(P37-42)【关键词】液体动静压轴承;热特性;正交试验;BP神经网络【作者】石莹;王学智;刘金营;付吉海;张校通【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819;95905部队辽宁锦州121018;95905部队辽宁锦州121018;95905部队辽宁锦州121018【正文语种】中文【中图分类】TH133.3液体动静压轴承以其承载能力大、使用寿命长、动态特性好、结构刚度高等优点,广泛地用于重载精密机床[1-2]。
液体动静压轴承是依靠高的液体静压力和主轴高速旋转产生的动压力来实现对主轴支撑的,在液体动静压轴承运转时不管是由静压力产生的主轴油强迫流动,还是由高速旋转产生的伴随流动都会引起主轴油内部分子的黏性摩擦,都不可避免地引起轴承的发热,并且随着主轴转速的提高和运行时间的增长。
这种温升特性将会进一步加剧,进而影响到轴承的承载力以及润滑油的性能,严重时可产生“刮轴”甚至“抱轴”的事故。
非线性的分析方法
非线性分析方法指的是对非线性系统进行分析和研究的方法。
在非线性系统中,输出与输入之间的关系不是通过简单的线性函数表达,而是通过复杂的非线性函数来描述。
常见的非线性分析方法包括:
1. 相图(Phase Portrait)分析:通过画出系统状态的相轨迹来分析系统的稳定性和周期性。
2. 极限环(Limit Cycle)分析:寻找和分析系统中存在的极限环,用于描述系统的周期性行为。
3. 哈密顿系统(Hamiltonian System)分析:通过引入哈密顿量和广义动量来描述非线性系统的运动。
4. 哈特曼系统分析:将非线性系统转化为哈特曼系统,并利用哈特曼系统的性质进行分析。
5. 建模与仿真:利用数学建模和仿真技术对非线性系统进行分析和研究。
6. 级数展开法:将非线性系统的输出进行级数展开,通过保留几个重要的项来
近似描述系统的行为。
7. 非线性控制方法:包括反馈线性化、滑模控制、自适应控制等方法,用于设计和实现对非线性系统的控制。
非线性分析方法在物理学、化学、生物学等领域的研究中得到广泛应用,有助于深入理解和掌握非线性系统的行为。